bab7

Elektrik statik – cas elektrik yang pegun atau tidak bergerak

Kajian elektrik statik disebut elektrostatik.

Terdapat dua jenis cas elektrik statik, iaitu cas positif dan cas negatif.

Cas positif – terdiri daripada proton. Proton tidak boleh bergerak.

Cas negatif – terdiri daripada elektron. Pemindahan elektron berlaku apabila dua bahan yang berlainan digosokkan bersama-sama.

1) Cas positif dan cas negatif mempunyai keupayaan untuk menarik dan menolak cas-cas yang lain.

2) Cas yang sama jenis menolak antara satu sama lain.

3) Cas yang berlainan jenis menarik antara satu sama lain.

4) Daya tolakan dan daya tarikan yang wujud antara cas elektitrik ini disebut daya elektrostatik.

5) Daya elektrostatik ialah sejenis daya yang disebabkan oleh cas-cas elektrik statik.

Cas elektrik statik dapat dihasilkan pada objek yang neutral dengan menggosokkannya dengan satu bahan yang lain seperti kain berbulu atau kain sutera.

Apabila dua bahan berlainan digosok, pemindahan elektron berlaku. Salah satu bahan menerima elektron manakala satu lagi kehilangan elektron.

Bahan yang menerima elektron menjadi bercas negatif kerana mempunyai lebih banyak elektron daripada proton.

Bahan yang kehilangan elektron menjadi bercas positif kerana mempunyai lebih banyak proton daripada elektron.

Satu objek adalah neutral jika bilangan cas positif (proton) dan cas negatif (elektron) adalah sama.

Bahan dicas positif Bahan dicas negatif

Kaca Kain sutera

Selulosa asetat Kain sutera, kain bulu

Kain sutera Getah keras

Getah (belon) Nilon

Kain bulu Getah (belon), politena

Bahan yang dicas positif dan negatif

Elektroskop digunakan untuk mengesan cas elektrik yang kecil atau cas-cas elektrik statik.

Bahan yang bercas dapat dikesan dengan menggunakan elektroskop

• Elektroskop terdiri daripada satu kotak

logam dengan tingkap kaca.

• Ceper logamnya disambung kepada rod

logam.• Sehelai kerajang emas dilekatkan di bahagian bawah rod logam itu.

• Penebat mencegah cas-cas daripada mengalir

dari rod logam ke kotak logam.

Sebelum digunakan, elektroskop perlu dibumikan dengan menyentuh ceper logamnya dengan jari. Hal ini bertujuan untuk meneutralkan elektroskop.

Apabila bahan yang bercas dibawa dekat kepada ceper logam elektroskop, kerajang emasnya akan mencapah.

Apabila bahan yang tidak bercas (neutral) dibawa dekat kepada ceper logam elektroskop, kerajang emasnya tidak akan mencapah.

Pengeseran antara dua bahan menghasilkan cas elektrik. Oleh itu, cas elektrik dapat dihasilkan

dimana-mana sahaja.

Kejadian kilat

Palam pencucuh

• Percikan bunga api terhasil apabila enjin kereta dihidupkan.• Cas-cas elektrik ‘melompat’ melintasi ruang bunga api pada palam pencucuh untuk menghasilkan bunga api.• Bunga api ini menyebabkan bahan api terbakar untuk menghasilkan tenaga.

Menyikat rambut

• Rambut kering akan berdiri tegak atau akan tertarik ke arah sikat pada hari kering.• Hal ini disebabkan rambut menjadi bercas apabila bergeser dengan sikat.

Pemetik api elektronik

• Cas elektrik terhasi apabila pemetik api elektronik dipetik untuk menghasilkan bunga api.• Bunga api ini kemudian akan menyalakan gas.

Pakaian nilon

• Bunyi bergeser kedengaran apabila kita menanggalkan pakaian nilon pada hari kering.• Hal ini disebabkan cas elektrik statik terhasil apabila pakaian nilon bergeser dengan badan kita.

Konduktor kilat

• Bumbung bangunan tinggi biasanya dipasang dengan

konduktor kilat untuk melindungi daripada disambat oleh kilat.• Hujung konduktor kilat yang

bercabang dan tajam mengalirkan cas elektrik pada awan ke bumi

(dibumikan).• Satu hujung lagi pada konduktor

kilat ditanam di dalam tanah untuk mengalirkan cas elektrik daripada awan ke bumi tanpa

merosakkan bangunan.

Lori tangki minyak

• Lori tangki minyak menjadi bercas elektrik statik apabila

bergerak kerana bergeser dengan zarah udara.

• Tambahan pula, tayar getah menghalang cas daripada

mengalir ke bumi.• Oleh itu, rantai logam

dipasang di bahagian bawah lori untuk mengalirkan cas ke bumi apabila rantai logam itu

menyentuh jalan raya.• Hal ini mengelakkan bunga

api daripada terhasil yang mungkin menyebabkan

kebakaran.

Kapal terbang

• Kapal terbang akan memperoleh cas elektrik

yang tinggi apabila bergeser dengan udara

semasa terbang.• Tayar yang dibuat khas

akan mengalirkan cas elektrik ke bumi apabila kapal terbang mendarat.

Sumber tenaga elektrik

Dinamo basikal

Dinamo mengubah tenaga kinetik kepada tenaga elektrik

Sel kimiaTenaga kimia

diubah kepada tenaga elektrik

dalam sel-sel kimia.

Sel suria

Tenaga suria diubah kepada tenaga elektrik

Termokupel

Arus terhasil apabila haba dikenakan

Cas-cas elektrik (elektron) yang bergerak menghasilkan arus elektrik.

Arus elektrik membolehkan alat elektrik seperti televisyen, peti sejuk dan kipas angin berfungsi.

Arus elektrik terhasil apabila elektron-elektron mengalir dalam satu arah tertentu dalam suatu konduktor.

Arus elektrik adalah kadar pengaliran cas-cas negatif atau elektron melalui suatu konduktor.

Arus elektrik juga ditakrifkan sebagai kuantiti cas yang mengalir melalui suatu konduktor dalam masa satu saat.

Penjana Van de Graaff adalah satu alat yang dapat menghasilkan cas-cas elektrik (cas elektrostatik) yang bervoltan sangat tinggi pada kubahnya.

Penjana Van de Graaff

• Apabila penjana dihidupkan, tali getah berpusing dan bergeser dengan kedua-dua roda. Kubah menjadi bercas.• Kubah penjana lazimnya bercas positif (kubah penjana boleh dicas positif atau negatif)• Kubah yang kering dapat memegang cas-casnya dengan lebih lama.

Voltan adalah tenaga elektrik yang diperlukan untuk membolehkan elektron mengalir dari satu titik ke titik yang lain dalam konduktor.

Voltan menghasilkan daya yang menolak elektron-elektron bergerak melalui suatu litar untuk menghasilkan arus elektrik.

Sel kering atau bateri mempunyai voltan.

Elektron yang mengalir melalui suatu konduktor sentiasa mengalami halangan.

Sifat bahan yang menentang pengaliran elektron atau cas-cas elektrik disebut rintangan.

Bahan yang rintangannya tinggi hanya membenarkan arus yang kecil mengalir melaluinya.

Sesetengah konduktor mempunyai rintangan yang tinggi terhadap arus yang mengalir menerusinya. Konduktor jenis ini disebut perintang.

Rintangan pada suatu konduktor, misalnya dawai, bergantung pada:a) Panjang konduktor

Semakin panjang konduktor, semakin tinggi rintangannya.

b) Diameter atau tebalnya konduktor Semakin besar diameter konduktor,

semakin rendah rintangannya.c) Jenis konduktor

Konduktor yang berlainan jenis mempunyai rintangan yang berbeza

Logam kuprum dan aluminium yang luas digunakan sebagai wayar elektrik adalah antara logam yang mempunyai rintangan yang rendah.

Dalam sel kering, arus dihasilkan apabila elektron mengalir dari terminal negatif ke terminal positif pada sel melalui wayar.

Namun demikian, arah pengaliran arus adalah berlawanan dengan arah pengaliran elektron.

Arus elektrik mengalir dari terminal positif sel ke terminal negatif sel.

Arah pengaliran arus elektrik

Arus elektrik yang mengalir dari suatu sumber tenaga elektrik dapat disukat dengan menggunakan ammeter.

Unit sukatan bagi arus adalah ampere (A). Ammeter disambungkan secara bersiri

dalam litar semasa menyukat arus. Jika jarum ammeter tidak bergerak – tiada

arus mengalir dalam litar. Terminal positif ammeter perlu disambung

kepada terminal positif sumber elektrik dalam litar elektrik.

Terminal negatif ammeter perlu disambung kepada terminal negatif.

1 ampere (A) = 1000 miliampere (mA)

1 miliampere (mA) = 1000 mikroampere (µA)

Unit sukatan bagi arus elektrik

Voltan dapat disukat dengan menggunakan voltmeter.

Unit sukatan bagi voltan adalah volt (V). Voltmeter disambungkan secara selari

dalam litar semasa menyukat voltan. Terminal positif voltmeter perlu

disambung kepada terminal positif sumber elektrik dalam litar elektrik.

Rintangan disukat dalam unit ohm. Simbol adalah Ω. Perintang adalah suatu alat yang

digunakan untuk mengurangkan arus elektrik yang mengalir dalam litar.

Semakin besar nilai ohm pada suatu perintang, semakin besar rintangannya.

Hukum OhmArus yang mengalir melalui satu konduktor berkadar terus dengan voltan.Semakin besar voltan, semakin tinggi arus elektrik.

Rintangan (R) = Voltan (V) Arus (A)

V = IR

1. Hitungkan voltan, jika arus yang mengalir dalam litar ialah 2A dan rintangannya ialah 3Ω?

V = IR = 2 x 3 =6 V

Contoh pengiraan

2. Berapakah arus yang mengalir dalam satu litar jika perintang yang digunakan ialah 2Ω dan voltan ialah 3V?

I = V / R = 3 / 2 =1.5 A

Litar bersiri Litar selari

Susunan litar elektrik

Komponen elektrik disambungkan dari hujung ke hujung

Komponen elektrik disambungkan sebelah

menyebelah

Litar bersiri Litar selari

Arus elektrik

Arus mengalir dalam satu saluran sahaja

Jumlah arus dalam litar adalah sama jumlah arus

yang melalui setiap komponen.

I = I1 = I2I = I1 + I2

Litar bersiri Litar selari

Voltan

Semakin banyak sel disambungkan, semakin

besar arus yang mengalir.

Jumlah voltan adalah sama dengan hasil

tambah voltan setiap sel.

Nilai voltan yang merentas setiap mentol adalah sama

dengan voltan yang dibekalkan oleh sumber

elektrik.

V = V1 + V2 V = V1 = V2

Litar bersiri Litar selari

Rintangan

Jumlah rintangan adalah sama hasil tambah

semua rintangan dalam litar.

Hubungan antara setiap rintangan dalam litar ialah:

R = R1 + R2

1 = 1 + 1

R R1 R2

Litar bersiri Jenis litar Litar selari Arus yang mengalir dalam litar adalah sama, jadi mentol menyala dengan kecerahan yang sama. Semua komponen dikawal dengan menggunakan satu suis. Arus didalam litar bertambah jika lebih banyak sel disambungkan.

Kelebihan

Jika salah satu mentol terbakar, mentol yang lain masih bernyala Setiap mentol menerima voltan yang sama yang dibekalkan oleh sumber elektrik

Litar bersiri Jenis litar Litar selari

Jika satu mentol terbakar, mentol yang lain tidak akan bernyala. Jika lebih banyak mentol disambungkan, rintangan semakin bertambah dan menyebabkan arus yang mengalir berkurangan.

Kekurangan

Arus yang mengalir dalam litar adalah sama walaupun lebih banyak sel disambungkan.

Sel kering

Mentol

Perintang tetap

Membekalkan tenaga elektrik

Membekalkan tenaga elektrik

Menyala apabila arus

mengalir

Menyala apabila arus

mengalir

Mengurangkan pengaliran arus dalam

litar

Mengurangkan pengaliran arus dalam

litar

Voltmeter

Ammeter

Fuse

Menyukat arus.Unitnya ampere

Menyukat arus.Unitnya ampere

Menyukat voltan.

Unitnya volt

Menyukat voltan.

Unitnya volt

Melebur apabila arus berlebihan

mengalir malaluinya

Melebur apabila arus berlebihan

mengalir malaluinya

Magnet mempunyai dua kutub iaitu, kutub utara dan kutub selatan. Kutub magnet yang sama akan menolak antara satu sama lain manakala kutub yang berbeza akan menarik antara satu sama lain.

Medan magnet ialah kawasan yang mengelilingi magnet di mana daya-daya magnet bertindak. Medan magnet tidak boleh dilihat, tetapi kesannya boleh diperhatikan dengan menggunakan serbuk besi dan kompas.

Arah garis daya magnet dapat ditentukan dengan menggunakan kompas. Medan magnet memesongkan jarum pada kompas.Magnet yang kuat mempunyai garis daya magnet yang lebih rapat.

Titik neutral dalam medan magnet adalah kawasan di mana:

Kesan magnet tidak dapat dirasai Tidak ada garis daya magnet Tidak mempengaruhi jarum kompas

Keelektromagnetan ialah kajian tentang hubungan antara kelektrikan dengan kemagnetan. Elektromagnet ialah konduktor yang mempunyai sifat yang sama seperti magnet apabila arus eletrik mangalir melaluinya Elektromagnet mempunyai dua kutub iaitu kutub utara dan kutub selatan. Jenis kutub elektromagnet bergantung kepada arah arus elektrik yang mengalir melaluinya. Keelektromagnetan iaitu kesan magnet yang dihasilkan oleh arus dalam satu konduktor. Wayar lurus yang membawa arus mempunyai medan magnet bulat yang mengelilinginya. Kemagnetan suatu elektromagnet akan hilang jika arus elektrik yang mengalir melaluinya dihentikan. Elektromagnet digunakan dalam alat-alat seperti telefon, loceng elektrik, kren elektromagnet.

Elektromagnet terdiri daripada satu solenoid (gegelung dawai) yang dililit mengelilingi satu teras besi jati.

Teras besi jati berfungsi untuk memperkuatkan kemagnetan solenoid.

Besi jati digunakan kerana lebih senang dimagnetkan dan lebih senang menghilangkan kemagnetannya apabila arus elektrik berhenti mengalir melaluinya.

Apabila arus elektrik dialirkan, besi jati menjadi sebatang magnet. Tapi, kemagnetan hilang apabila arus elektrik terputus.

Kekuatan medan magnet pada elektromagnet dapat ditingkatkan dengan:a) Menambah bilangan lilitan solenoidb) Membesarkan arus elektrik yang mengalirc) Mengurangkan diameter solenoid.

Apabila suis dihidupkan, arus elektrik mengalir menerusi litar.

Elektromagnet pada loceng menarik armatur dan pemukul bersama-sama menyebabkan pemukul itu mengetuk loceng. Bunyi terhasil.

Pada masa yang sama, litar dipukulkan pada titik sentuhan.

Arus elektrik berhenti mengalir dan kemagnetan elektromagnet hilang. Armatur ditarik balik ke kedudukan asalnya oleh spring dan menyentuh titik sentuh sekali lagi.

Elektromagnet menarik armatur semula dan pemukul mengetuk loceng semula.

Proses ini berulang untuk menghasilkan bunyi dering pada loceng elektrik.